動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量的誤差分析

動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量的誤差分析摘要：根據(jù)動(dòng)態(tài)GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，多路徑的影響，進(jìn)行誤差分析。闡述動(dòng)態(tài)GPS的高程的制約因素，并對(duì)如何提高高程成果精度進(jìn)行說明。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)GPS數(shù)據(jù)傳輸VDOP值分析動(dòng)態(tài)GPS作業(yè)有其自身的局限性，在測(cè)量過程中要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站共同觀測(cè)四顆以上GPS衛(wèi)星，因此，容易受到測(cè)站周圍地形地物的影響，另外地物反射造成的多路徑效應(yīng)也是影響動(dòng)態(tài) GPS測(cè)量精度的一個(gè)重要因素。由于這些因素的影響，降低了動(dòng)態(tài) GPS的測(cè)量精度。因此，在本文中通過實(shí)驗(yàn)，分析影響因素，提出解決辦法，以便在測(cè)繪作業(yè)中更好的應(yīng)用。1數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦砸ＷC動(dòng)態(tài)GPS移動(dòng)能夠接收到基準(zhǔn)站發(fā)送的連續(xù)、可靠、快速的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)，才會(huì)達(dá)到GPS獲得快速的連續(xù)的固定解，而這個(gè)高可靠性、強(qiáng)抗干擾性的數(shù)據(jù)鏈傳輸和地勢(shì)地形直接相關(guān)。動(dòng)態(tài)GPS在現(xiàn)代國際測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用中，要將基準(zhǔn)站的發(fā)射天線以及流動(dòng)站的接收天線設(shè)置到一定高度，不然地面會(huì)不停吸收圍繞地球表面?zhèn)鞑サ某屉姶挪ǘ杆偎p，動(dòng)態(tài)GPS的工作半徑會(huì)被大大減低；如果將基準(zhǔn)站的發(fā)射天線以及流動(dòng)站設(shè)置在一定高度并且在直視距離內(nèi)，超短波的傳播方式將會(huì)組合直線波以及地面反射波，這樣會(huì)大大擴(kuò)大動(dòng)態(tài)GPS的工作半徑，一般在15km左右，不過如果沒有將基準(zhǔn)站的發(fā)射天線以及流動(dòng)站的接收天線沒有設(shè)置在沒有障礙物的直視距離內(nèi)，就會(huì)發(fā)生更復(fù)雜的情況，基準(zhǔn)站的發(fā)射天線以及流動(dòng)站的接收天線在城鎮(zhèn)的密樓區(qū)不能夠直接通視，數(shù)據(jù)需要依賴反射波的改正，動(dòng)態(tài)GPS的有效工作半徑在這種情況下就會(huì)縮小，可能只有幾百米。因此，為了接收到基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號(hào)要求基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的天線必須滿足電磁波通視”—卩電磁波能從基準(zhǔn)站通過直射、繞射和反射等傳播方式有效地到達(dá)移動(dòng)站，這樣在平坦地區(qū)的幾公里范圍內(nèi)，一般都能順利進(jìn)行動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量。但在其他地區(qū)如果數(shù)據(jù)鏈不能正常傳輸（即使能同時(shí)接收到5顆以上有效衛(wèi)星），則難以成功實(shí)施動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量。2誤差分析在動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量時(shí)，儀器和外部環(huán)境對(duì)測(cè)量精度有很多的影響。對(duì)固定基準(zhǔn)站而言，同儀器和干擾有關(guān)的誤差可通過各種校正方法予以削弱，同距離有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離的增加而加大，所以動(dòng)態(tài)GPS的有效作業(yè)半徑是非常有限的。2.1同儀器和干擾有關(guān)的誤差2.1.1天線相位中心變化天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號(hào)的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化，可使點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到3?5cm。因此，若要提高動(dòng)態(tài)GPS定位精度，必須進(jìn)行天線檢驗(yàn)校正。2.1.2多路徑誤差多路徑誤差是動(dòng)態(tài)GPS定位測(cè)量中最嚴(yán)重的誤差。多路徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境。多路徑誤差一般為幾厘米，高反射環(huán)境下可超過10cm。（見圖1）多路徑效應(yīng)的大小可以由其產(chǎn)生的一般情況進(jìn)行公式推導(dǎo)，得出多路徑效應(yīng)對(duì)于L1載波其最大影響為4.8cm,對(duì)于L2載波其最大影響為6.1cm。通過我們實(shí)驗(yàn)，在一座高12m四層鋼筋混泥土的建筑旁架設(shè)移動(dòng)站，保持移動(dòng)站與基準(zhǔn)站的距離不變，移動(dòng)站離建筑 10m。不斷升高移動(dòng)站的高度，每次升高 0.5m,采集高程成果。（見表1）由上可知，在房屋密集區(qū)，由于信號(hào)的遮擋和反射，移動(dòng)站獲取固定解的時(shí)間需要較長（見圖2）,且高程精度（VDOP值）也受到很大的影響。當(dāng)儀器升高到6m時(shí)，獲得固定解的時(shí)間明顯變小，僅需30S,這時(shí)高程精度也達(dá)到標(biāo)稱精度2cm。經(jīng)過分析，在移動(dòng)站與高建筑物成300時(shí)，高程成果精度可以滿足道路縱橫斷面測(cè)量要求(見圖3)。當(dāng)然，多路徑誤差可通過下列措施予以削弱：選擇地形開闊、不具反射面的點(diǎn)位； ⑵采用扼流圈天線；⑶采用具有削弱多路徑誤差的各種技術(shù)的天線； (4)基準(zhǔn)站附近輔設(shè)吸收電波的材料。2.2同距離有關(guān)的誤差同距離有關(guān)的誤差的主要部分可通過多基準(zhǔn)站技術(shù)來消除。但是，其殘余部分也隨著至基準(zhǔn)站距離的增加而加大。221軌道誤差目前，軌道誤差只有幾米，其殘余的相對(duì)誤差影響約為 1PPM,就短基線(&t;10km)而言，對(duì)結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。但是，對(duì)20?30km的基線則可達(dá)到幾厘米。2.2.2對(duì)流層誤差對(duì)流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)間高差密切相關(guān)，一般可達(dá) 3PPM。為了保證動(dòng)態(tài)GPS厘米級(jí)精度，要對(duì)測(cè)站有關(guān)的誤差一起模擬當(dāng)兩山頂之間能通視，距離大于20km時(shí)，也可收到差分信號(hào)。但是，移動(dòng)站在城區(qū)作業(yè)時(shí)，如兩點(diǎn)之間有房屋遮擋，即使相距1km也很難收到差分信號(hào)。因此，動(dòng)態(tài)GPS技術(shù)通常只用于幾公里范圍內(nèi)、兩點(diǎn)之間能電磁波通視”的高程測(cè)量。3動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量成果的質(zhì)量控制已知點(diǎn)檢核比較法：即在布測(cè)控制網(wǎng)時(shí)用靜態(tài) GPS或全站儀多測(cè)出一些控制點(diǎn)，然后用動(dòng)態(tài)GPS測(cè)出這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核。發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正。重測(cè)比較法：每次初始化成功后，先重測(cè)1?2個(gè)已測(cè)過的動(dòng)態(tài)GPS點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量。以上方法中，最可靠的是已知點(diǎn)檢核比較法，但控制點(diǎn)的數(shù)量總是有限的，所以沒有控制點(diǎn)的地方需要用重測(cè)比較法來檢驗(yàn)測(cè)量成果。4結(jié)論4.1通過動(dòng)態(tài)GPS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們可以得到以下結(jié)論在動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)傳播過程中，高程測(cè)量誤差受多路徑影響最大。實(shí)驗(yàn)證明，在移動(dòng)站與高建筑物小于300角(即視場(chǎng)內(nèi)周圍障礙物的高度角)，高程成果精度可以滿足道路斷面測(cè)量要求。4.2解決不利因素對(duì)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量影響的措施(1)數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問題動(dòng)態(tài)GPS數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受到限制。解決這類問題的有效辦法是把基準(zhǔn)站布設(shè)在測(cè)區(qū)中央的最高點(diǎn)上。(2)初始化能力和所需時(shí)間問題。在山區(qū)或城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時(shí)，GPS衛(wèi)星信號(hào)被阻擋機(jī)會(huì)較多，容易造成失鎖，采用動(dòng)態(tài)GPS作業(yè)時(shí)有時(shí)需要經(jīng)常